JP2021510635A - Methods for making molds and cores suitable for making fiber composites or cast parts of metals or plastics, mold base materials and binders used in this method, and molds and cores made by this method. - Google Patents

Methods for making molds and cores suitable for making fiber composites or cast parts of metals or plastics, mold base materials and binders used in this method, and molds and cores made by this method. Download PDF

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Abstract

本発明は、3D印刷によって粒状の型ベース材料及び複数成分の結合剤から繊維複合体又は金属もしくはプラスチックの鋳造部品を製造するために好適な型及び芯を製造するための方法に関する。本発明によれば、粒状の型ベース材料が、極性親水性末端及び非極性疎水性末端を有する少なくとも一種のケイ素−有機化合物で予備処理される。予備処理された粒状の型ベース材料の層が形成された後、結合剤又は結合剤の少なくとも一つの成分が液体形態で層に付与される。ケイ素−有機化合物は、本発明によって製造される型及び芯の中に含まれる。型ベース材料、及びケイ素−有機化合物は、本発明の方法を実行するために使用されるセットの一部であることができる。【選択図】 なしThe present invention relates to a method for producing a suitable mold and core for producing a fiber composite or a metal or plastic cast part from a granular mold base material and a multi-component binder by 3D printing. According to the present invention, the granular mold base material is pretreated with at least one silicon-organic compound having polar hydrophilic and non-polar hydrophobic ends. After the layer of pretreated granular mold base material is formed, the binder or at least one component of the binder is applied to the layer in liquid form. Silicon-organic compounds are included in the molds and wicks produced according to the present invention. The mold base material and the silicon-organic compound can be part of a set used to carry out the methods of the invention. [Selection diagram] None

Description

以下に記載される発明は、3D印刷によって粒状の型ベース材料及び複数成分の結合剤から繊維複合体又は金属もしくはプラスチックの鋳造部品を製造するために好適な型及び芯を製造するための方法、この方法に使用されることができる型ベース材料及び結合剤、及びこの方法によって製造される型及び芯に関する。 The invention described below is a method for producing a mold and a core suitable for producing a fiber composite or a metal or plastic cast part from a granular mold base material and a multi-component binder by 3D printing. With respect to mold base materials and binders that can be used in this method, and molds and wicks produced by this method.

内部に空洞を持つ、金属、プラスチック、又は繊維複合材料(繊維材料中に埋め込まれたプラスチックのマトリックスを含む複合材料)から作られた構成要素を使用する多数の工業製品がある。かかる構成要素を製造することは、特に空洞が複雑なジオメトリー(例えば細長い湾曲した形状又は切り欠きを有する形状)を持つ一方で、空洞表面が同時に高いグレードの滑らかさを持たなければならない場合は、困難である。ワンピースでかかる構成要素を製造する一つの可能な方法は、「消失型(lost molds)」と称されるものを使用してそれらを鋳造することである。この技術では、上流工程において、型部分(「芯(core)」)が製造され、それは、サイズ及び形状において形成される空洞に対応する。芯は、鋳造用具中に配置される。鋳造用具は、さらなる型部分からなり、その中に連続して液体金属、液体ポリマー材料、又は液体ポリマープリカーサーが注入される。繊維複合体の製造では、芯は、鋳造用具に配置される前に繊維材料で包まれる。鋳造後、希望の空洞を有する繊維複合体又は金属もしくはプラスチックの鋳造部品が得られるが、その中に芯がなお存在する。この芯は、続いて除去されるが、除去操作は、空洞の上述の複雑なジオメトリーのために、芯を破壊することなしには不可能である。型部分としての芯は、「消失」される。 There are numerous industrial products that use components made of metal, plastic, or fibrous composites (composites containing a matrix of plastics embedded in the fibrous material) that have cavities inside. Manufacture of such components, especially if the cavity has a complex geometry (eg, a shape with elongated curved shapes or notches), while the cavity surface must also have a high grade of smoothness. Have difficulty. One possible way to make such components in one piece is to cast them using what is called "lost molds". In this technique, in the upstream process, a mold part (“core”) is produced, which corresponds to the cavity formed in size and shape. The wick is placed in the casting tool. The casting tool comprises an additional mold portion into which a liquid metal, a liquid polymer material, or a liquid polymer precursor is continuously injected. In the production of fibrous complexes, the core is wrapped in fibrous material before being placed in the casting tool. After casting, a fiber complex or metal or plastic cast part with the desired cavity is obtained, in which the core is still present. This wick is subsequently removed, but the removal operation is not possible without destroying the wick due to the above-mentioned complex geometry of the cavity. The core as a mold part is "disappeared".

例えば鋳造部品中に空洞を形成させるために、砂などの無機材料の芯を使用することは、金属鋳造からの公知技術である。この種の芯はまた、芯の表面が封止されるとして、プラスチックの鋳造のためにも使用されることができる。それらは、結合剤、及び型ベース材料と称される好適な粒状の無機材料を含む成形混合物から製造される。結合剤は、型ベース材料の粒子を一緒に保持し、従って、芯の構造上の一体性を担う。芯は、鋳造手順の間に生じる熱的及び機械的荷重に耐えることができなければならない。鋳造が行なわれた後、芯は、通常振動によって粉砕される。水溶性の結合剤が使用される場合(例えば、硫酸マグネシウム、水ガラス、ポリホスフェート及び/又はボレートに基づく結合剤が使用される場合)、芯は、鋳造手順後に鋳造部品の内部から洗い流されることができる。 For example, using a core of an inorganic material such as sand to form a cavity in a cast part is a known technique from metal casting. This type of wick can also be used for casting plastics as the surface of the wick is sealed. They are made from a molding mixture containing a binder and a suitable granular inorganic material called a mold base material. The binder holds the particles of the mold base material together and thus is responsible for the structural integrity of the wick. The wick must be able to withstand the thermal and mechanical loads generated during the casting procedure. After casting, the wick is usually crushed by vibration. If water-soluble binders are used (eg, magnesium sulfate, waterglass, polyphosphate and / or borate-based binders are used), the core should be flushed from the inside of the cast part after the casting procedure. Can be done.

無機材料からかかる芯を製造するためには、耐熱性の型ベース材料(通常は砂)及び結合剤を含む成形混合物が製造されることが通常である。この混合物は、成形用具において所望の型又は所望の芯へと加工される。芯を製造するためには、いわゆる芯射出プロセスにおいて、成形混合物は、規定された圧力及び規定された温度で芯箱(一般的に二つの型部品又は型半分体からなる成形用具であって、それは、使用状態では、製造される芯の形状の少なくとも一つの内部空洞(「型空洞」)を包囲する)中に導入される。結合剤が硬化された後、完成した芯は、芯箱から除去されて、意図されたように使用される。 In order to produce such a core from an inorganic material, a molding mixture containing a heat resistant mold base material (usually sand) and a binder is usually produced. This mixture is processed into a desired mold or desired core in a molding tool. In order to manufacture a wick, in the so-called wick injection process, the molding mixture is a wick box (generally a molding tool consisting of two mold parts or halves at a specified pressure and a specified temperature. In use, it is introduced into at least one internal cavity (enclosing a "mold cavity") in the shape of the core being manufactured. After the binder has hardened, the finished wick is removed from the wick and used as intended.

最近では、型及び芯は、3D印刷によってしばしば製造されるようになってきている。3D成分を製造するためのプリンターは通常、少なくとも一つの可動印刷ヘッドを有し、この印刷ヘッドは、従来のインクジェットプリンターの印刷ヘッドと同様に作動する。しかし、インクの代わりに、この印刷ヘッドは通常、液体の結合剤を耐熱性の型ベース材料の層に付与する。この場合、データの基礎として作用するのは、3Dモデルの個別の2D層であることができ、3Dモデルは、コンピューターによってこれらの同じ個別の2D層へと分解される。 Nowadays, molds and wicks are often manufactured by 3D printing. A printer for producing a 3D component usually has at least one movable print head, which operates in the same manner as a print head of a conventional inkjet printer. However, instead of ink, the printhead typically applies a liquid binder to a layer of heat-resistant mold-based material. In this case, it can be the separate 2D layers of the 3D model that act as the basis for the data, and the 3D model is decomposed into these same separate 2D layers by the computer.

3D印刷によって鋳造プラスチック又は金属のための型又は芯を一層ずつ構成するためには、耐熱性の型ベース材料の第一の層が枠中に配置される。次に、結合剤が、第一印刷工程において、少なくとも一つの印刷ヘッドを介して付与される。結合剤は、型ベース材料の個別の粒子を相互に結合する。単純化された用語で表現すると、3Dプリンターは、3D成分の第一の層の二次元画像を描く。その後、耐熱性の型ベース材料の第二の層が、第一の層の上に形成される。第二印刷工程において、結合剤がこの層に同様に付与される。結合剤の量は、第二の層内の型ベース材料の粒子を相互に結合させるだけでなく、第一の層の粒子を第二の層の粒子に結合させるように計算されている。一層ずつ、3D成分は、このようにして構築される。ここで特に注意すべきは、個別の層の均一な付与の必要性である。一般的に、層は、結合剤の付与前に圧縮されなければならない。これは、例えば、ローラー又は振動によってなされる。 In order to form the mold or core for cast plastic or metal layer by layer by 3D printing, a first layer of heat resistant mold base material is placed in the frame. The binder is then applied via at least one print head in the first printing step. The binder binds the individual particles of the mold base material to each other. Expressed in simplified terms, a 3D printer draws a two-dimensional image of the first layer of 3D components. A second layer of heat resistant mold base material is then formed on top of the first layer. In the second printing step, the binder is similarly applied to this layer. The amount of binder is calculated to not only bind the particles of the mold base material in the second layer to each other, but also to bind the particles in the first layer to the particles in the second layer. Layer by layer, the 3D component is constructed in this way. Of particular note here is the need for uniform application of the individual layers. Generally, the layer must be compressed prior to application of the binder. This is done, for example, by rollers or vibrations.

3D印刷によって型及び芯を製造するための好適な装置は、商業的に入手可能である。型及び芯を製造するための好適な3Dプリンターの構造は、例えばVoxeljet AGのWO2016/019937A1の図1に模式的に示されている。 Suitable devices for making molds and wicks by 3D printing are commercially available. Suitable 3D printer structures for making molds and wicks are schematically shown in FIG. 1 of WO2016 / 019937A1 of Voxeljet AG, for example.

DE102014118577A1は、3D印刷によって型及び芯を製造するための方法を開示する。この方法では、使用される結合剤は、水ガラスと少なくとも一種のホスフェート及び/又は少なくとも一種のボレートの混合物であり、使用される型ベース材料は、珪砂などの材料も含む。結合剤のための硬化剤が、型ベース材料に添加されていてもよい。 DE102014118577A1 discloses a method for manufacturing molds and cores by 3D printing. In this method, the binder used is a mixture of water glass and at least one phosphate and / or at least one borate, and the mold base material used also includes materials such as silica sand. A hardener for the binder may be added to the mold base material.

WO2012/175072A1は、3D印刷によって型及び芯を製造するための別の方法を開示する。この方法では、3D成分を一層ずつ構築するために、耐熱性の型ベース材料の層が形成され、この材料は、噴霧乾燥されたアルカリ金属ケイ酸塩の溶液を添加されている。この溶液は、水(それは、印刷ヘッドを介して層に付与される)を使用して活性化されることができ、それは、水で湿潤された型ベース材料の粒子を、続く乾燥工程の後に、相互に結合させる。 WO2012 / 175072A1 discloses another method for manufacturing molds and wicks by 3D printing. In this method, a layer of heat-resistant mold-based material is formed to build the 3D component layer by layer, to which a spray-dried solution of alkali metal silicate is added. This solution can be activated using water, which is applied to the layer via the printhead, which allows the particles of the mold base material moistened with water, after the subsequent drying step. , Combine with each other.

WO2011/087564A1も、3D印刷によって型及び芯を製造するための方法を開示する。この方法では、印刷可能な混合物が、耐熱性の型ベース材料、セメント、及び水ガラスから形成され、3D成分を一層ずつ構築するために使用される。 WO2011 / 087564A1 also discloses a method for manufacturing molds and cores by 3D printing. In this method, a printable mixture is formed from a heat resistant mold base material, cement, and water glass and is used to build the 3D component layer by layer.

型及び芯の3D印刷において生じうる問題は、水ベースの結合剤の付与時に、結合剤がその直接付与された位置に留まらず、重力のために下の方の層に沈み込んでしまうということである。さらに、結合剤が側方に流れて、印刷されるべき領域の外側で型ベース材料の個別の粒子を相互に結合させてしまうこともある。この効果は、「流体移行」という用語でも知られている。連続する層の印刷の間の時間はしばしば、既に印刷された層が十分な程度にまで乾燥及び/又は硬化するためには短すぎるため、この問題は、それぞれの層をさらに印刷していくうちに悪化する傾向がある。型ベース材料の吸着能力に応じて、これは、印刷される型又は芯に関する特定の幾何学的規定からの極めて著しい逸脱をもたらしうる。 A possible problem with 3D printing of molds and cores is that when applying a water-based binder, the binder does not stay in its directly applied position and sinks into the lower layer due to gravity. Is. In addition, the binder may flow laterally, binding the individual particles of the mold base material to each other outside the area to be printed. This effect is also known by the term "fluid transition". This problem arises as each layer is further printed, as the time between printing of successive layers is often too short for the already printed layers to dry and / or cure to a sufficient degree. Tends to get worse. Depending on the adsorption capacity of the mold base material, this can result in a very significant deviation from certain geometrical specifications regarding the mold or core to be printed.

流体移行の程度に影響を与え得る多数の(一般的に、二つ以上の)要因がある。これらは、特に、結合剤の量及び濃度、並びに添加された結合剤の硬化におけるエネルギー入力である。この議題についての詳細な説明は、例えばRamakrishnan,Robertの“3−D−Drucken mit einem anorganischen Formstoffsystem”[3D Printing with an inorganic molding material system]from 2016(submitted on 24 September,2015 at the Technical University Munich,and accepted by the Faculty of Machinery on January 25,2016;President Univ.−Prof.Dr.−Ing.Gunther Reinhart,Examiners−Univ.−Prof.Dr.−Ing.Wolfram Volk and Univ.−Prof.Dr.rer.nat.Tim C.Lueth)というタイトルの学位論文中に見出される。 There are a number of factors (generally more than one) that can affect the degree of fluid migration. These are, in particular, the amount and concentration of binder and the energy input in curing the added binder. A detailed description of this agenda, for example Ramakrishnan, Robert of "3D-Drucken mit einem anorganischen Formstoffsystem" [3D Printing with an inorganic molding material system] from 2016 (submitted on 24 September, 2015 at the Technical University Munich, and assisted by the Facility of Machinery on January 25, 2016; Present UNiv.-Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart, Examiners-Univ.-Prof. .Nat.Tim C.Lueth) found in the dissertation.

本発明の目的は、3D印刷によって繊維複合体又は金属もしくはプラスチックの鋳造部品を製造するための型及び芯を与えるための、これらの点について改良された方法を提供することである。 It is an object of the present invention to provide an improved method in these respects for providing molds and cores for producing fiber complexes or cast metal or plastic parts by 3D printing.

この目的を達成するため、本発明は、請求項1に規定される特徴を有する方法、請求項11に規定される特徴を有する型及び芯、請求項12に規定される特徴を有する粒状型ベース材料、及び請求項13に規定される特徴を有するセットを提案する。 In order to achieve this object, the present invention relates to a method having the characteristics specified in claim 1, a mold and a core having the characteristics specified in claim 11, and a granular base having the characteristics specified in claim 12. A material and a set having the characteristics specified in claim 13 are proposed.

本発明による方法は、繊維複合体又は金属もしくはプラスチックの鋳造(cast)部品を製造するために好適な型及び芯を製造するための、従来技術から知られかつ冒頭で論じた方法と同様に役立つ。本発明によれば、型及び芯は、3D印刷によって粒状の型ベース材料及び複数成分の結合剤から製造される。本発明の方法は、以下の工程を常に含む。
(a)粒状の型ベース材料を、極性親水性末端及び非極性疎水性末端を有する少なくとも一種のケイ素−有機化合物で予備処理する工程、
(b)予備処理された粒状の型ベース材料の層を形成する工程、及び
(c)結合剤又は結合剤の少なくとも一つの成分(要するに、結合剤成分)を液体形態で(通常、3Dプリンターの一つ以上の印刷ヘッドを介して)層に付与する工程。
The methods according to the invention are as useful as the methods known in the art and discussed at the outset for producing molds and cores suitable for producing fiber composites or cast parts of metals or plastics. .. According to the present invention, the mold and core are manufactured by 3D printing from a granular mold base material and a multi-component binder. The method of the present invention always includes the following steps.
(A) A step of pretreating a granular mold base material with at least one silicon-organic compound having polar hydrophilic and non-polar hydrophobic ends.
(B) The step of forming a layer of pretreated granular mold base material, and (c) the binder or at least one component of the binder (in short, the binder component) in liquid form (usually in a 3D printer). The process of applying to a layer (via one or more printheads).

この場合、3D印刷によって型及び芯を製造するための冒頭で説明した従来の手順と同様に、工程(b)及び(c)は、複数回繰り返される。結合剤又はその少なくとも一種の成分は、予備処理された型ベース材料の第一の層に付与され、続いて予備処理された型ベース材料の第二の層が第一の層の上に形成され、続いて結合剤又はその少なくとも一種の成分が付与される。これは、所望の型又は芯の一層ずつの構築が完了するまで繰り返される。 In this case, steps (b) and (c) are repeated a plurality of times, as in the conventional procedure described at the beginning for manufacturing the mold and core by 3D printing. The binder or at least one component thereof is applied to the first layer of the pretreated mold base material, followed by the formation of a second layer of the pretreated mold base material on top of the first layer. , Subsequent to the binder or at least one component thereof. This is repeated until the construction of the desired mold or core layer by layer is complete.

型ベース材料
型ベース材料は、粒状の材料を含み、その粒状の材料の表面にケイ素−有機化合物の親水性末端が結合されることができることが好ましい。使用される型ベース材料は、かかる材料からなることが好ましい。予備処理された型ベース材料は、粒状材料とケイ素−有機化合物からなることが好ましい。
Mold-based material The mold-based material preferably comprises a granular material in which the hydrophilic end of the silicon-organic compound can be attached to the surface of the granular material. The mold base material used preferably comprises such a material. The pretreated mold base material preferably comprises a granular material and a silicon-organic compound.

好ましい実施形態では、粒状材料は、(室温で)水に不溶性の少なくとも一種の粒状無機材料を含む。この材料は、砂、ガラス、酸化物、セラミック、金属、ガラス−セラミック材料、及び前記材料の混合物を有する群から選択されることが好ましい。 In a preferred embodiment, the granular material comprises at least one granular inorganic material that is insoluble in water (at room temperature). This material is preferably selected from the group having sand, glass, oxides, ceramics, metals, glass-ceramic materials, and mixtures of said materials.

砂は、天然又は合成由来のものであることができる。特に想定されるのは、珪砂、ジルコン砂、クロム鉱石砂、ムライト砂、及びカンラン石砂である。 The sand can be of natural or synthetic origin. Particularly envisioned are silica sand, zircon sand, chrome ore sand, mullite sand, and olivine sand.

好適なガラスは、特に少なくとも0℃〜200℃の温度範囲で水又は水溶液に対する挙動において化学的に不活性な無機ガラスである。 Suitable glasses are inorganic glasses that are chemically inert to water or aqueous solutions, especially in the temperature range of at least 0 ° C to 200 ° C.

公知の酸化物材料のうち、特に好適なものは、酸化アルミニウムなどの金属酸化物である。 Among the known oxide materials, particularly suitable ones are metal oxides such as aluminum oxide.

セラミック粒子は、特に炭化物、窒化物、酸化物、ケイ化物の粒子、及び例えばカオリナイトなどの公知のクレー鉱物にも言及する。 Ceramic particles also refer specifically to carbides, nitrides, oxides, silicide particles, and known clay minerals such as kaolinite.

用語「ガラス−セラミック」は、非晶質のガラス相の中に結晶質のセラミック粒子が埋め込まれているガラスに言及する。 The term "glass-ceramic" refers to glass in which crystalline ceramic particles are embedded in an amorphous glass phase.

粒状材料は、追加的に又は代替的に、中空マイクロビーズ(特に、中空ケイ酸アルミニウムマイクロビーズ及び/又は中空ガラスマイクロビーズ)、顆粒、及び/又はガラス、セラミック、金属又は金属合金に基づく球状体であることができる。 Granular materials, additionally or alternatively, are hollow microbeads (particularly hollow aluminum silicate microbeads and / or hollow glass microbeads), granules, and / or spheres based on glass, ceramics, metals or metal alloys. Can be.

リサイクルされたガラス製品(例えば、ガラス顆粒、及び膨張されたガラス顆粒)、及び膨張されたクレー、及び他の安価な粒状物質を使用することも可能である。 It is also possible to use recycled glassware (eg, glass granules and expanded glass granules), expanded clay, and other inexpensive particulate matter.

低融点粒子(例えば、低融点ガラスの粒子)の使用は、繊維複合体又はプラスチックの鋳造部品の製造のために使用される型を製造するときのみ好適であることが通常である。液体金属(例えば、液体アルミニウム)の加工のためには、これらの材料の型は、それほど好適とはいえない。この場合の特に好適な型ベース材料は、高い温度耐性を有する砂、及び上述のセラミック粒子である。 The use of low melting point particles (eg, low melting point glass particles) is usually only suitable for making molds used for making fiber composites or cast parts of plastics. For the processing of liquid metals (eg, liquid aluminum), the molds of these materials are less suitable. Particularly suitable mold base materials in this case are sand having high temperature resistance and the above-mentioned ceramic particles.

粒状材料は、好ましくは600℃より高い、より好ましくは900℃より高い、さらに好ましくは1200℃より高い、特に好ましくは1500℃より高い融点を有する。 The granular material has a melting point of preferably higher than 600 ° C, more preferably higher than 900 ° C, still more preferably higher than 1200 ° C, and particularly preferably higher than 1500 ° C.

多数のさらに好ましい実施形態では、選択された型ベース材料は、(室温で)水に可溶性の少なくとも一種の粒状無機材料を含む。これは好ましくは水溶性塩である。 In a number of more preferred embodiments, the selected mold base material comprises at least one granular inorganic material that is soluble in water (at room temperature). This is preferably a water soluble salt.

使用されることができる水溶性塩は、特に塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)、及び炭酸ナトリウム(NaCO)の群からの塩を含む。また、硝酸塩、特に硝酸ナトリウム(NaNO)及び硝酸カリウム(KNO)も含む。 Water-soluble salts that can be used include salts from the group of sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), and sodium carbonate (Na 2 CO 3) in particular. It also contains nitrates, especially sodium nitrate (NaNO 3 ) and potassium nitrate (KNO 3).

上述の塩は、繊維複合体又はプラスチックの鋳造部品の製造のために使用される型のために特に好適である。 The salts described above are particularly suitable for molds used for the manufacture of fibrous composites or cast parts of plastics.

多数のさらに好ましい実施形態では、選択された型ベース材料は、(室温で)水に可溶性の少なくとも一種の粒状有機材料を含む。これは、水溶性のポリマー又は有機酸の塩(例えば、酢酸ナトリウム)、又はこれらの材料の混合物、又は尿素、クエン酸、又は酒石酸であることが好ましい。 In a number of more preferred embodiments, the selected mold base material comprises at least one granular organic material that is soluble in water (at room temperature). It is preferably a water-soluble polymer or salt of an organic acid (eg, sodium acetate), or a mixture of these materials, or urea, citric acid, or tartaric acid.

これらの材料は、繊維複合体又は低融点プラスチックの鋳造部品の製造のために使用される型のために特に好適である。 These materials are particularly suitable for molds used for the production of cast parts of fiber composites or low melting point plastics.

粒状の型ベース材料は、好ましくは10μm〜800μm、より好ましくは30μm〜300μmの平均粒子直径(d50)を有する。 The granular mold base material preferably has an average particle diameter (d50) of 10 μm to 800 μm, more preferably 30 μm to 300 μm.

追加的に、粒状の型ベース材料は、50cm/g〜500cm/gの範囲のDIN−ISO 9277に従って決定される表面積を有することが好ましい。 Additionally, the mold base material of the particulate preferably has a surface area determined in accordance with 50cm 2 / g~500cm 2 / g DIN -ISO 9277 in the range of.

型ベース材料の粒子サイズ分布は、製造される芯及び型において、実験的に決定されるFuller又はLitzow粒度分布に相当する高密度充填構造がもたらされるように選択されることが好ましい。これは、浸透される孔の空間を最小化するために使用されることが好ましい。 The particle size distribution of the mold base material is preferably selected so that the cores and molds produced provide a densely packed structure that corresponds to the experimentally determined Fuller or Litzow particle size distribution. It is preferably used to minimize the permeated pore space.

ケイ素−有機化合物
ケイ素−有機化合物の極性親水性末端は、ヒドロキシル(−OH)、ヒドロキシレート(−O−)、アミノ(−NH)、アンモニウム(−NH )、カルボキシル(−COOH)、又はカルボキシレート基からなる群から選択される少なくとも一種の官能基を含むことが好ましい。特に、親水性末端は、これらの基のうちの二つ以上(例えば、二つ以上のヒドロキシレート基)を含むこともできる。
Silicon-Organic Compounds The polar hydrophilic ends of silicon-organic compounds are hydroxyl (-OH), hydroxylate (-O-), amino (-NH 2 ), ammonium (-NH 4 + ), carboxyl (-COOH), Alternatively, it preferably contains at least one functional group selected from the group consisting of carboxylate groups. In particular, the hydrophilic end can also contain two or more of these groups (eg, two or more hydroxylate groups).

ケイ素−有機化合物の非極性疎水性末端は、少なくとも一つのアルキル基、好ましくはメチル、エチル及びプロピルからなる群からのものを含む。好ましい実施形態では、疎水性末端は、二つ以上のアルキル基を含むこともできる。 Non-polar hydrophobic ends of silicon-organic compounds include those from the group consisting of at least one alkyl group, preferably methyl, ethyl and propyl. In a preferred embodiment, the hydrophobic end can also include two or more alkyl groups.

一つの好ましい実施形態では、極性親水性末端及び非極性疎水性末端は、同じSi原子に結合される。この場合、使用されたケイ素−有機化合物は、好ましくはアルキルシラノレート、特にアルカリ金属メチルシラノレート、より好ましくはカリウムメチルシラノレートを含む。 In one preferred embodiment, the polar hydrophilic and non-polar hydrophobic ends are attached to the same Si atom. In this case, the silicon-organic compound used preferably comprises an alkyl silanolate, particularly an alkali metal methyl silanolate, more preferably a potassium methyl silanolate.

さらに好ましい実施形態では、ケイ素−有機化合物は、トリカリウムメチルシラントリオレート(実験式はCHSiであり、カリウムメチルシリコネートとしても知られている)である。 In a further preferred embodiment, the silicon - organic compound, tripotassium methyl silane trioleate (empirical formula is CH 3 K 3 O 3 Si, also known as potassium methyl siliconate) is.

さらなる特に好ましい実施形態では、ケイ素−有機化合物の非極性疎水性末端は、Si原子に結合され、ケイ素−有機化合物の極性親水性末端は、C原子に結合される。この場合、Si原子及びC原子が、n個の原子を有する鎖を介して接続され、nが、1〜150の整数であり、n個の原子が、C原子、O原子、及びSi原子からなる群から選択されることがさらに好ましい。 In a further particularly preferred embodiment, the non-polar hydrophobic end of the silicon-organic compound is attached to the Si atom and the polar hydrophilic end of the silicon-organic compound is attached to the C atom. In this case, Si atoms and C atoms are connected via a chain having n atoms, n is an integer of 1 to 150, and n atoms are from C atom, O atom, and Si atom. It is more preferable to be selected from the group.

さらに好ましい実施形態では、ケイ素−有機化合物は、以下の構造式(I)を有する化合物を含む。

Figure 2021510635
式中、nは、1〜100の整数であり、mは、1〜10の整数であり、Rは、H原子である。 In a more preferred embodiment, the silicon-organic compound comprises a compound having the following structural formula (I):
Figure 2021510635
In the formula, n is an integer of 1 to 100, m is an integer of 1 to 10, and R is an H atom.

特に好ましい実施形態では、ケイ素−有機化合物は、3−(ポリオキシエチレン)プロピルヘプタメチルトリシロキサンを含む。 In a particularly preferred embodiment, the silicon-organic compound comprises 3- (polyoxyethylene) propylheptamethyltrisiloxane.

予備処理された型ベース材料
予備処理のため、粒状の型ベース材料は、少なくとも一種のケイ素−有機化合物を添加される。この場合、型ベース材料に対するケイ素−有機化合物の添加量には、最適値が存在する。もしこの割合が低すぎると、ケイ素−有機化合物を添加しても十分な効果が示されないおそれがある。もしこの割合が高すぎると、粒状の型ベース材料が疎水性化されすぎて、続く印刷操作中に型ベース材料の個別の粒子がもはや結合剤と十分に相互作用することができないおそれがある。
Pre-treated mold-based material For pre-treatment, the granular mold-based material is added with at least one silicon-organic compound. In this case, there is an optimum value for the amount of the silicon-organic compound added to the mold base material. If this ratio is too low, the addition of silicon-organic compounds may not be sufficiently effective. If this ratio is too high, the granular mold base material may become too hydrophobic and the individual particles of the mold base material may no longer fully interact with the binder during subsequent printing operations.

予備処理された型ベース材料は通常、自由に流動できる製品の形である。 The pretreated mold base material is usually in the form of a free-flowing product.

より好ましくは、ケイ素−有機化合物が予備処理された型ベース材料中に(予備処理された型ベース材料の乾燥重量に基づいて)少なくとも0.001重量%でかつ多くとも0.1重量%の重量割合で存在するような量で、ケイ素−有機化合物を予備処理中に粒状の型ベース材料に添加する。この範囲内では、0.01重量%〜0.05重量%の割合がさらに好ましい。これは特に、使用された粒状の型ベース材料が10μm〜800μmの平均粒子直径(d50)を有する場合、及び使用されたケイ素−有機化合物がアルカリ金属メチルシラノレート、より好ましくはカリウムメチルシリコネートを含むか、又は構造式(I)の化合物、特に3−(ポリオキシエチレン)プロピルヘプタメチルトリシロキサンである場合に当てはまる。 More preferably, the silicon-organosilicon is at least 0.001% by weight and at most 0.1% by weight in the pretreated mold base material (based on the dry weight of the pretreated mold base material). Silicon-organosilicon is added to the granular mold base material during pretreatment in an amount that is present in proportion. Within this range, a ratio of 0.01% by weight to 0.05% by weight is more preferable. This is especially true if the granular mold base material used has an average particle diameter (d50) of 10 μm to 800 μm, and the silicon-organic compound used is alkali metal methyl silanolate, more preferably potassium methyl silicate. This is true if it contains or is a compound of structural formula (I), in particular a 3- (polyoxyethylene) propylheptamethyltrisiloxane.

粒状の型ベース材料に対するケイ素−有機化合物の添加量は、上述の「流体移行」が生じる程度にも影響を与える。ケイ素−有機化合物の重量割合の最適値は、特に0.01重量%〜0.1重量%であることが実験研究によって確認されることができる。 The amount of silicon-organic compound added to the granular mold base material also affects the extent to which the "fluid migration" described above occurs. It can be confirmed by experimental studies that the optimum value of the weight ratio of the silicon-organic compound is particularly 0.01% by weight to 0.1% by weight.

この目的のために好適な手順が、上述のRamakrishnanの学位論文から知られている。それは、特定の印刷パラメータに従った複数の同心リングからなる構造を含む標準化されたテスト試料を製造することを含む。これらのテスト試料が製造された後、これらのテスト試料は、8バールの規定された作用圧力の圧縮空気で吹き飛ばされる。空気流は、リングの間隙中の結合されていない粒状材料を除去する。これらの材料が吹き飛ばされた後、テスト試料の重量は、精密天秤によって確認される。 Suitable procedures for this purpose are known from the Ramaklishnan dissertation described above. It involves producing a standardized test sample containing a structure consisting of multiple concentric rings according to specific printing parameters. After these test samples have been produced, they are blown off with compressed air at a specified working pressure of 8 bar. The air stream removes the unbonded granular material in the interstices of the ring. After these materials have been blown off, the weight of the test sample is checked by a precision balance.

流体移行の程度が大きいほど、より多くの材料が間隙中に接着物の形で残る。これらの接着物は、精密天秤によって測定される重量を増加させる。 The greater the degree of fluid transfer, the more material remains in the gap in the form of an adhesive. These adhesives increase the weight measured by a precision balance.

「流体移行」は、テスト試料の重量がその意図された重量を超える百分率を表わす。それは、円盤状のテスト試料の密度とテスト要素の公称体積(CADデータから得られる)から計算されることができる。ケイ素−有機化合物を使用することによって、重量がその意図される重量から0.1%未満しか逸脱しないテスト試料を製造することが可能である。 "Fluid transfer" represents a percentage of the weight of a test sample that exceeds its intended weight. It can be calculated from the density of the disc-shaped test sample and the nominal volume of the test element (obtained from CAD data). By using silicon-organic compounds, it is possible to produce test samples whose weight deviates less than 0.1% of their intended weight.

ケイ素−有機化合物は、予備処理された型ベース材料の表面に付着されることが好ましく、特にその親水性末端を介して付着されることが好ましい。 The silicon-organic compound is preferably attached to the surface of the pretreated mold base material, particularly via its hydrophilic end.

結合剤
好ましい実施形態では、結合剤は、以下の特徴を有する:
・ それは、少なくとも一種の水溶性結合剤成分を含む。
・ それは、少なくとも一種の水不溶性結合剤成分を含む。
・ それは、水又は水溶液、特にアルカリ水溶液を含む。
Binder In a preferred embodiment, the binder has the following characteristics:
-It contains at least one water-soluble binder component.
-It contains at least one water-insoluble binder component.
-It contains water or aqueous solutions, especially alkaline aqueous solutions.

結合剤は所望により、その加工特性に影響を与える少なくとも一種の添加剤(例えば、ポリエチレングリコール、ナトリウム2−エチルヘキシルスルフェート(Sulfetal)などの湿潤剤、界面活性剤(Byk)又は流動学的添加剤)を含む。 The binder is optionally at least one additive that affects its processing properties (eg, wetting agents such as polyethylene glycol, sodium 2-ethylhexyl sulfate (Sulfetal), surfactants (Byk) or fluid additives. )including.

水溶性結合剤成分は、水ガラス、硫酸マグネシウム、ホスフェート、及びボレートからなる群からの少なくとも一種の材料を含むことが好ましい。 The water-soluble binder component preferably comprises at least one material from the group consisting of water glass, magnesium sulfate, phosphate, and borate.

水ガラスは、溶融物から固化されたガラス状の水溶性アルカリ金属ケイ酸塩(特にケイ酸ナトリウム、カリウム及びリチウム)と、それらの水溶液の両方を指す用語である。本発明の文脈で使用するために、ナトリウムの水ガラスが特に好適である。二種以上の異なる水ガラスの混合物を使用することも可能である。 Waterglass is a term that refers to both glassy water-soluble alkali metal silicates (particularly sodium silicate, potassium and lithium) solidified from the melt and their aqueous solutions. Sodium waterglass is particularly suitable for use in the context of the present invention. It is also possible to use a mixture of two or more different water glasses.

水ガラスの一つの特徴は、それらの係数(modulus)であり、この用語は、水ガラス中のSiO:MOのモル比を意味し、式中、Mは、Li,K又はNaから選択されることが好ましい。水ガラスは、好ましくは1.2〜4.5の、より好ましくは1.5〜3.3の係数を有する。 One characteristic of water glass is their coefficient (modulus), the term meaning the molar ratio of SiO 2 : M 2 O in water glass, where M is Li + , K + or It is preferably selected from Na +. Water glass preferably has a coefficient of 1.2 to 4.5, more preferably 1.5 to 3.3.

GB782205Aは、本発明の文脈で使用するのに好適な結合剤であって、COの導入によって硬化されることができる結合剤であるアルカリ金属水ガラスを開示する。さらなる好適な水ガラスベースの結合剤は、例えばDE19925167A1,DE102007045649A1又はUS5474606Aから公知である。 GB782205A discloses an alkali metal water glass which is a suitable binder for use in the context of the present invention and which can be cured by the introduction of CO 2. Further suitable waterglass-based binders are known, for example, from DE19921567A1, DE102007045649A1 or US5474606A.

ボレート(borate)は、ホウ酸の塩又はエステルである。ホウ酸はそれ自体、ボレートの中に含められることができ、しばしばトリヒドロゲンボレートと称される。塩は、それらのイオン格子に、陰イオンとして、ボレートイオンBO 3−及び/又はその凝縮形態(例えば、B(OH) 2−、テトラボレート)を含むことを特徴とする。 Borate is a salt or ester of boric acid. Boric acid can itself be included in borate and is often referred to as trihydrogen borate. The salts are characterized in that their ion lattice contains borate ions BO 3 3- and / or condensed forms thereof (eg, B 4 O 5 (OH) 4 2- 2 , tetraborate) as anions.

ホスフェート(phosphate)としては、従来のホスフェート(例えば、リン酸アンモニウム)だけでなく、特にポリホスフェート、及びナトリウムヒドロゲンホスフェートなどのヒドロゲンホスフェートも使用されることができる。 As the phosphate, not only conventional phosphate (for example, ammonium phosphate) but also hydrogen phosphate such as polyphosphate and sodium hydrogen phosphate can be used.

ポリホスフェートは、オルトリン酸(HPO)の塩の凝縮物として知られており、一般実験式Mn+23n+1及び構造M−O−[P(OM)(O)−O]−Mを有し、式中、Mは、一価の金属であり、nは、3又は4までの数であることができる。しかし、ポリホスフェートには、短鎖(つまり、オリゴ)ホスフェートもしばしば含められ、この場合、nは8〜32の数であることができる。環状ポリマーは、メタホスフェートと称される。 Polyphosphate is known as a condensate of a salt of orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), and has a general empirical formula M n + 2 P n O 3 n + 1 and a structure MO- [P (OM) (O) -O] n. It has −M, where M is a monovalent metal and n can be a number up to 3 or 4. However, polyphosphates often also include short chain (ie, oligo) phosphates, where n can be a number from 8 to 32. Cyclic polymers are referred to as metaphosphates.

本発明の文脈で使用するのに好適な結合剤であって、ポリホスフェート及び/又はボレートに基づく結合剤は、例えばWO92/06808A1に開示されている。さらなる好適なホスフェートベースの結合剤は、例えばDE10359547B3,DE19525307A1又はUS5711792Aから公知である。 Binders suitable for use in the context of the present invention, based on polyphosphate and / or borate, are disclosed, for example, in WO 92/06808A1. Further suitable phosphate-based binders are known, for example, from DE10359547B3, DE19525307A1 or US5711792A.

特に好ましい実施形態では、本発明で使用される結合剤中のホスフェートは、ナトリウムヘキサメタホスフェート((NaPO)を含む。 In a particularly preferred embodiment, the phosphate in the binder used in the present invention comprises sodium hexametaphosphate ((NaPO 3 ) 6 ).

水不溶性結合剤成分は、粒状の二酸化ケイ素(特に、粒状の非晶質二酸化ケイ素)及び粒状の炭酸カルシウムからなる群からの少なくとも一種の材料を含むことが好ましい。 The water-insoluble binder component preferably comprises at least one material from the group consisting of granular silicon dioxide (particularly granular amorphous silicon dioxide) and granular calcium carbonate.

二酸化ケイ素を水ガラスベースの結合剤と共に成形混合物に添加することが有利でありうることは、E.I.du Pont de Nemours and Co.のDE2434431A1から既に知られている。かかる添加の結果として、水ガラスで結合された型及び芯の強度の顕著な増大を達成することができる。 It may be advantageous to add silicon dioxide to the molding mixture along with a water glass based binder from E. coli. I. du Pont de Nemours and Co. It is already known from DE2434431A1 of. As a result of such addition, a significant increase in the strength of the water glass bonded mold and core can be achieved.

粒状の二酸化ケイ素は、水中の懸濁液として使用されることが好ましく、特にコロイド状の水性懸濁液として使用されることが好ましい。この場合に使用される懸濁液は、(使用される懸濁液の全重量に基づいて)10重量%〜80重量%の範囲の固形分含有量を有することが好ましい。 Granular silicon dioxide is preferably used as a suspension in water, particularly preferably as a colloidal aqueous suspension. The suspension used in this case preferably has a solid content in the range of 10% to 80% by weight (based on the total weight of the suspension used).

特に好ましい実施形態では、懸濁液は、好ましくは低分子量シリカの凝縮によって製造される粒子の懸濁液である。代替的に、粒状の二酸化ケイ素は、別の方法で、例えば四塩化ケイ素からの火炎熱分解によって製造されることができる。天然の非晶質シリカも使用されることができ、その例は、DE102007045649A1に開示されている。 In a particularly preferred embodiment, the suspension is preferably a suspension of particles produced by condensation of low molecular weight silica. Alternatively, granular silicon dioxide can be produced in another way, for example by flame thermal decomposition from silicon tetrachloride. Natural amorphous silica can also be used, an example of which is disclosed in DE102007045649A1.

粒状の二酸化ケイ素は、好ましくは5nm〜1.5μm、より好ましくは10nm〜1μmの範囲の平均粒子直径(d50)を有する。 Granular silicon dioxide preferably has an average particle diameter (d50) in the range of 5 nm to 1.5 μm, more preferably 10 nm to 1 μm.

低分子量シリカの凝縮による粒状のコロイド状懸濁液の製造は、公知の手順である。低分子量シリカ(例えば、モノシリカ(オルトシリカ)、ジシリカ、又はトリシリカ)は、特に酸性又は塩基性条件下では凝縮しやすい。これらの低分子量シリカが凝縮すると、所望のコロイド状の懸濁液が形成される。これらの懸濁液は、極めて幅広い様々な平均粒子サイズのものが商業的に自由に入手可能である。 The production of granular colloidal suspensions by condensing low molecular weight silica is a known procedure. Low molecular weight silicas (eg, monosilica (orthosilica), disilica, or trisilica) are prone to condensation, especially under acidic or basic conditions. Condensation of these low molecular weight silicas forms the desired colloidal suspension. These suspensions are commercially available in a very wide variety of average particle sizes.

本発明で特に好ましく使用される粒子及びコロイド状懸濁液は、純粋なモノシリカから出発して調製されることが好ましい。 The particles and colloidal suspensions particularly preferably used in the present invention are preferably prepared starting from pure monosilica.

本発明で使用される結合剤は、以下の成分を以下の割合で組み合わせることによって形成されることがより好ましい。
・ 40重量%〜99重量%、より好ましくは50重量%〜80重量%の範囲の割合の少なくとも一種の水溶性結合剤成分。
・ 1重量%〜40重量%、より好ましくは5重量%〜30重量%の範囲の割合の少なくとも一種の水不溶性結合剤成分。
・ 10重量%〜60重量%の範囲の割合の水又は水溶液、特にアルカリ水溶液。
The binder used in the present invention is more preferably formed by combining the following components in the following proportions.
At least one water-soluble binder component in a proportion of 40% to 99% by weight, more preferably 50% to 80% by weight.
At least one water-insoluble binder component in a proportion of 1% to 40% by weight, more preferably 5% to 30% by weight.
Water or aqueous solution in the range of 10% to 60% by weight, especially an alkaline aqueous solution.

全ての百分率割合は、水又は水溶液を含む結合剤の全ての成分の添加された全重量に基づいている。成分の割合は、合計100重量%になる。 All percentages are based on the total weight of all components of the binder, including water or aqueous solution. The proportion of the components is 100% by weight in total.

付与方法の変形例
原則として、結合剤をその全ての成分の混合物の形で与えて、この混合物を予備処理された粒状の型ベース材料の層に付与することが可能である。しかし、一つの特に好ましい実施形態では、結合剤の少なくとも一種の成分は、型ベース材料の層の中の固定(stationary)結合剤成分として存在し、結合剤の残りの成分のみが、液体形態で層に付与される。
Modifications of the Applying Method In principle, it is possible to give the binder in the form of a mixture of all its components and apply this mixture to a layer of pretreated granular mold base material. However, in one particularly preferred embodiment, at least one component of the binder is present as a stationary binder component in the layer of mold base material and only the remaining components of the binder are in liquid form. Granted to the layer.

第一の好ましい方法の変形例では、固定結合剤成分は、水不溶性結合剤成分、又は複数の水不溶性結合剤成分のうちの一つを含む。特に好ましくは、この場合の型ベース材料は、固定結合剤成分で予備処理される。従って、例えば、型ベース材料の層を形成する前に型ベース材料を上述のコロイド状の水性二酸化ケイ素の懸濁液と混合し、そこに結合剤の残りの成分(例えば、水ガラス)を液体形態で、特に上述の印刷ヘッド(単数又は複数)を介して付与することができる。 In a modification of the first preferred method, the fixed binder component comprises a water-insoluble binder component, or one of a plurality of water-insoluble binder components. Particularly preferably, the mold base material in this case is pretreated with a fixed binder component. Thus, for example, the mold base material is mixed with the suspension of colloidal aqueous silicon dioxide described above prior to forming a layer of the mold base material, wherein the remaining components of the binder (eg, water glass) are liquid. In the form, it can be applied particularly via the printheads (s) described above.

層に液体形態で付与される少なくとも一つの結合剤成分は、使用される特定の結合剤に応じて、水、水酸化物水溶液(特に水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの水溶液)、水ガラス溶液、硫酸マグネシウムの水溶液、ホスフェートの水溶液、及びボレートの水溶液からなる群からの少なくとも一種の材料を含むことが好ましい。 At least one binder component imparted to the layer in liquid form is water, an aqueous hydroxide solution (particularly an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide), a water glass solution, depending on the particular binder used. It preferably contains at least one material from the group consisting of an aqueous solution of magnesium sulfate, an aqueous solution of phosphate, and an aqueous solution of borate.

第二の好ましい方法の変形例では、固定結合剤成分は、水溶性結合剤成分、又は複数の水溶性結合剤成分のうちの一つを含む。この場合も、特に好ましくは、型ベース材料は、固定結合剤成分で予備処理される。従って、例えば、型ベース材料の層を形成する前に型ベース材料を水ガラスと混合し、そこに結合剤の残りの成分(例えば、上述のコロイド状の水性二酸化ケイ素の懸濁液)を液体形態で付与することができる。 In a modification of the second preferred method, the fixed binder component comprises one of a water-soluble binder component, or a plurality of water-soluble binder components. Again, particularly preferably, the mold base material is pretreated with a fixed binder component. Thus, for example, the mold base material is mixed with water glass prior to forming a layer of the mold base material, in which the remaining components of the binder (eg, the suspension of colloidal aqueous silicon dioxide described above) are liquid. It can be given in the form.

熱硬化及び自己硬化方法の変形例
使用される結合剤に応じて、層への結合剤の付与又は結合剤の少なくとも一つの成分の付与の後、結合剤が硬化されることが好ましいかもしれない。このために、以下の手順が選択肢として利用できる:
・ 硬化が、マイクロ波放射線によって起こる。
・ 硬化が、化学的に起こる、特にCOによって又は自己硬化性添加物によって起こる。
・ 硬化が、熱的に起こる。
Modifications of Thermosetting and Self-Curing Methods Depending on the binder used, it may be preferable that the binder be cured after the addition of the binder to the layer or the addition of at least one component of the binder. .. For this, the following steps are available as options:
-Curing is caused by microwave radiation.
-Curing occurs chemically, especially by CO 2 or by self-curing additives.
-Curing occurs thermally.

この種の熱硬化方法の変形例は、例えば以下の条件下で有利であることができる。
・ 型ベース材料が、アルキルシラノレート、特にカリウムメチルシリコネートで処理された砂である。
・ 水ガラス溶液が、層への液体結合剤成分として付与される。
Modifications of this type of thermosetting method can be advantageous, for example, under the following conditions.
-The mold base material is sand treated with alkyl silanolate, especially potassium methyl silicate.
-A water glass solution is added as a liquid binder component to the layer.

この場合、硬化が、マイクロ波放射線によって起こることが好ましい。特に鋳造用途のための芯又は型を製造する場合、上述の二酸化ケイ素が、型ベース材料の層中に固定結合剤成分として存在することが好ましいかもしれない。 In this case, it is preferable that the curing is caused by microwave radiation. It may be preferable that the silicon dioxide described above be present as a fixed binder component in the layer of the mold base material, especially when producing wicks or molds for casting applications.

しかし、本発明の方法の好ましい実施形態の大部分では、結合剤は、自己硬化が可能であるように選択される。二つの特に好ましい自己硬化方法の変形例が以下に記述される。 However, in most preferred embodiments of the methods of the invention, the binder is selected to be self-curing. Modifications of two particularly preferred self-curing methods are described below.

自己硬化性の結合剤を使用する一つの変形例(1)の場合:
・ 型ベース材料が、構造式(I)によるケイ素−有機化合物で処理された砂である。
・ エステル硬化剤(例えば、ジアセチン又はトリアセチン)が、型ベース材料の層中の固定結合剤成分としての硬化剤として存在する。
・ 水ガラス溶液が、層への液体結合剤成分として付与される。
In the case of one modification (1) using a self-curing binder:
-The mold base material is sand treated with a silicon-organic compound according to structural formula (I).
-Ester hardeners (eg, diacetin or triacetin) are present as hardeners as fixed binder components in the layers of the mold base material.
-A water glass solution is added as a liquid binder component to the layer.

この方法の変形例では、マイクロ波による硬化はもはや不要であり、代わりに、硬化は、熱エネルギーを使用することなしに、硬化剤によるゾル−ゲル変換によって達成される。ここでもまた、鋳造用途のための芯又は型を製造する場合、上述の粒状の二酸化ケイ素が、型ベース材料の層中に固定結合剤成分として存在することが好ましいかもしれない。 In a variant of this method, microwave curing is no longer necessary, instead curing is achieved by sol-gel conversion with a curing agent without the use of thermal energy. Again, when making wicks or molds for casting applications, it may be preferable that the granular silicon dioxide described above be present as a fixed binder component in the layer of mold base material.

自己硬化性の結合剤を使用する別の変形例(2)の場合:
・ 型ベース材料が、構造式(I)によるケイ素−有機化合物で処理された砂である。
・ 水ガラスが、型ベース材料の層中の結合剤の固定成分として存在する。
・ エステル硬化剤(例えば、ジアセチン又はトリアセチン)が、層への液体結合剤成分として付与される。
In the case of another modification (2) using a self-curing binder:
-The mold base material is sand treated with a silicon-organic compound according to structural formula (I).
-Waterglass is present as a fixing component of the binder in the layer of mold base material.
An ester hardener (eg, diacetin or triacetin) is added as a liquid binder component to the layer.

この方法の変形例では、マイクロ波による硬化はもはや不要であり、代わりに、硬化は、熱エネルギーを使用することなしに、硬化剤によるゾル−ゲル変換によって達成される。ここでもまた、鋳造用途のための芯又は型を製造する場合、上述の粒状の二酸化ケイ素が、型ベース材料の層中に固定結合剤成分として存在することが好ましいかもしれない。 In a variant of this method, microwave curing is no longer necessary, instead curing is achieved by sol-gel conversion with a curing agent without the use of thermal energy. Again, when making wicks or molds for casting applications, it may be preferable that the granular silicon dioxide described above be present as a fixed binder component in the layer of mold base material.

上記方法によって製造される型及び芯
上記方法によって製造される型及び芯は、特に0.01〜0.09重量%の範囲のケイ素−有機化合物の割合を持つ。
Molds and Cores Produced by the Method The molds and cores produced by the method have a ratio of silicon-organic compounds in the range of 0.01 to 0.09% by weight.

好ましい実施形態では、以下の特徴のうちの一つ又は以下の特徴の組み合わせを有する:
・ 型及び芯が、特に0.3〜2.5重量%、さらに好ましくは0.5〜1.0重量%の範囲の割合で、硫酸マグネシウム、ホスフェート、及びボレートからなる群からの少なくとも一つの材料を含む。
・ 型及び芯が、特に0.1〜1.0重量%の範囲の割合で、5nm〜1.5μmの範囲の平均粒子直径(d50)を有する粒状の二酸化ケイ素を含む。
In a preferred embodiment, it has one of the following features or a combination of the following features:
At least one from the group consisting of magnesium sulphate, phosphate, and borate, with molds and wicks particularly in the proportion of 0.3-2.5% by weight, more preferably 0.5-1.0% by weight. Including material.
The mold and core contain granular silicon dioxide having an average particle diameter (d50) in the range of 5 nm to 1.5 μm, especially in the proportion of 0.1 to 1.0% by weight.

型及び芯を製造するためのセット
本発明のセットは常に、以下の成分を含む:
・ 極性親水性末端及び非極性疎水性末端を有する少なくとも一種のケイ素−有機化合物、及び
・ 水ガラス、硫酸マグネシウム、ホスフェート、及びボレートからなる群からの少なくとも一種の材料。
Set for manufacturing molds and wicks The set of the present invention always contains the following components:
-At least one silicon-organic compound having polar hydrophilic and non-polar hydrophobic ends, and-at least one material from the group consisting of water glass, magnesium sulphate, phosphate, and borate.

これらの二つの成分は一般的に、セット中で相互から分離されて存在する。 These two components are generally present separately from each other in the set.

好ましい実施形態では、セットは、以下の成分の少なくとも一つをさらに含む:
・ 粒状の型ベース材料、
・ 二酸化ケイ素及び炭酸カルシウムからなる群からの少なくとも一種の材料、及び/又は
・ 水酸化物水溶液。
In a preferred embodiment, the set further comprises at least one of the following components:
・ Granular mold base material,
-At least one material from the group consisting of silicon dioxide and calcium carbonate, and / or-Aqueous hydroxide solution.

特定の好ましい実施形態では、これらの追加成分のうち、固体成分は、粒状型ベース材料と共に既に混合されている。 In certain preferred embodiments, of these additional components, the solid component is already mixed with the granular base material.

本発明のさらなる特徴、及びそれから生じる利点は、以下の実施例から明らかである。以下に記述される実施形態は、説明のため、及び本発明のより良い理解のためのみの役割を有し、いかなる限定としても解釈されるべきではない。 Further features of the invention, and the advantages that result from it, are evident from the examples below. The embodiments described below serve only for illustration purposes and for a better understanding of the invention and should not be construed as any limitation.

(1)カリウムメチルシリコネートで予備処理された粒状の型ベース材料の提供
Freihung,ドイツにあるSTROBEL QUARZSAND GmbHからのタイプGS14の砂99.98重量部(平均粒度:0.13mm;理論上の比表面積:176cm/g)に、34重量%のカリウムメチルシリコネート割合を有する水溶液0.02重量部が添加され、完全に混合された。
(1) Provision of Granular Mold Base Material Pretreated with Potassium Methyl Siriconate Freihung, 99.98 parts by weight of type GS14 sand from STROBEL QUARZSAND GmbH in Germany (average particle size: 0.13 mm; theoretical ratio) To the surface area: 176 cm 2 / g), 0.02 parts by weight of an aqueous solution having a potassium methyl silicate ratio of 34% by weight was added and completely mixed.

(2)3−(ポリオキシエチレン)プロピルヘプタメチルトリシロキサンで予備処理された粒状の型ベース材料の提供
Freihung,ドイツにあるSTROBEL QUARZSAND GmbHからのタイプGS14の砂99.98重量部(平均粒度:0.13mm;理論上の比表面積:176cm/g)に、3−(ポリオキシエチレン)プロピルヘプタメチルトリシロキサン0.02重量部が添加され、完全に混合された。
(2) Provision of Granular Mold Base Material Pretreated with 3- (Polyoxyethylene) propylheptamethyltrisiloxane Freihung, 99.98 parts by weight of sand of type GS14 from STROBEL QUARZSAND GmbH in Germany (average particle size: 0.02 parts by weight of 3- (polyoxyethylene) propylheptamethyltrisiloxane was added to 0.13 mm; theoretical specific surface area: 176 cm 2 / g) and mixed thoroughly.

(3)印刷可能な水ガラス含有結合剤成分の提供
水ガラス含有結合剤成分として、Betol 50T(修飾されたケイ酸ナトリウムの水溶液、係数:2.6;固形分の割合:44重量%(Woellner GmbH & Co.KG,Ludwigshafen,ドイツ))が、水及び所望により少量の界面活性剤と混合された。
(3) Provision of Printable Water Glass-Containing Binder Component As a water glass-containing binder component, Betol 50T (modified aqueous solution of sodium silicate, coefficient: 2.6; solid content ratio: 44% by weight (Woolner) GmbH & Co. KG, Ludwigshafen, Germany)) was mixed with water and optionally a small amount of surfactant.

(4)水不溶性の結合剤成分の提供
第一の水不溶性の結合剤成分として、合成起源の非晶質SiO粉末(平均粒子サイズ0.1〜0.3μm)が提供された。
(4) Provision of Water-Insoluble Binder Component As the first water-insoluble binder component, amorphous SiO 2 powder of synthetic origin (average particle size 0.1 to 0.3 μm) was provided.

(5)自己硬化性結合剤を使用した芯の製造
アルミニウム鋳造用の芯を製造するために、(2)で予備処理された型ベース材料99重量部が、(4)で提供されたSiO粉末1重量部と混合された。この混合物から、層が形成された。この層は、続いて圧縮された。形成された層は、0.2mm〜0.5mmの範囲の均一な層厚さを有していた。この層の上の領域に、(3)で提供された水ガラス含有結合剤成分が印刷によって付与された。印刷が行なわれた後、混合物の新しい層が、印刷された層の上に形成され、上述の範囲の層厚さに圧縮された。この層は、再び(3)で提供された水ガラス含有結合剤成分を印刷された。この手順は、所望の芯が完成するまで繰り返された。この芯は、マイクロ波放射線によって硬化された。
(5) Manufacture of Core Using Self-Curing Binder 99 parts by weight of the mold base material pretreated in (2) for manufacturing a core for aluminum casting was provided in SiO 2 in (4). It was mixed with 1 part by weight of the powder. A layer was formed from this mixture. This layer was subsequently compressed. The formed layer had a uniform layer thickness in the range of 0.2 mm to 0.5 mm. The water glass-containing binder component provided in (3) was applied to the area above this layer by printing. After printing was performed, a new layer of mixture was formed on top of the printed layer and compressed to a layer thickness in the above range. This layer was again printed with the water glass-containing binder component provided in (3). This procedure was repeated until the desired core was completed. The core was cured by microwave radiation.

硬化された芯は、未処理の型ベース材料を使用した比較条件下で製造された芯と比べてずっと良好な幾何学的形状の仕様を満足していた。 The cured wicks satisfied much better geometry specifications than wicks manufactured under comparative conditions using untreated mold base material.

Claims (13)

3D印刷によって粒状の型ベース材料及び複数成分の結合剤から繊維複合体又は金属もしくはプラスチックの鋳造部品を製造するために好適な型及び芯を製造するための方法であって、前記方法が、
(a)粒状の型ベース材料を、極性親水性末端及び非極性疎水性末端を有する少なくとも一種のケイ素−有機化合物で予備処理する工程、
(b)予備処理された粒状の型ベース材料の層を形成する工程、及び
(c)結合剤又は結合剤の少なくとも一つの成分を液体形態で層に付与する工程、
を含み、
工程(b)及び(c)が、複数回繰り返される、方法。
A method for producing a suitable mold and core for producing a fiber composite or a metal or plastic cast part from a granular mold base material and a multi-component binder by 3D printing.
(A) A step of pretreating a granular mold base material with at least one silicon-organic compound having polar hydrophilic and non-polar hydrophobic ends.
(B) the step of forming a layer of pretreated granular mold base material, and (c) the step of applying the binder or at least one component of the binder to the layer in liquid form.
Including
A method in which steps (b) and (c) are repeated a plurality of times.
以下の追加の特徴及び/又は追加の工程の少なくとも一つを有する、請求項1に記載の方法:
(a)型ベース材料が、粒状の材料を含み、その粒状の材料の表面にケイ素−有機化合物の親水性末端が結合されることができる、
(b)選択された型ベース材料が、少なくとも一種の水不溶性無機材料を含む、
(c)少なくとも一種の水不溶性無機材料が、砂、ガラス、酸化物、セラミック、ガラス−セラミック材料、及び前記材料の混合物を有する群から選択される、
(d)選択された型ベース材料が、少なくとも一種の水溶性無機材料を含む、
(e)少なくとも一種の水溶性無機材料が、水溶性塩である、
(f)選択された型ベース材料が、少なくとも一種の水溶性有機材料を含む、
(g)少なくとも一種の水溶性有機材料が、水溶性ポリマー又は有機酸の塩、又はこれらの材料の混合物である、
(h)粒状の型ベース材料が、10μm〜800μm、好ましくは30μm〜300μmの平均粒子直径(d50)を有する、
(i)粒状の型ベース材料が、50cm/g〜500cm/gの範囲のDIN−ISO 9277に従って決定される表面積を有する。
The method of claim 1, which has at least one of the following additional features and / or additional steps:
(A) The mold base material comprises a granular material, and the hydrophilic end of the silicon-organic compound can be bonded to the surface of the granular material.
(B) The selected mold base material comprises at least one water-insoluble inorganic material.
(C) At least one water-insoluble inorganic material is selected from the group comprising sand, glass, oxides, ceramics, glass-ceramic materials, and mixtures of said materials.
(D) The selected mold base material comprises at least one water-soluble inorganic material.
(E) At least one kind of water-soluble inorganic material is a water-soluble salt.
(F) The selected mold base material comprises at least one water-soluble organic material.
(G) At least one water-soluble organic material is a water-soluble polymer or salt of an organic acid, or a mixture of these materials.
(H) The granular mold base material has an average particle diameter (d50) of 10 μm to 800 μm, preferably 30 μm to 300 μm.
(I) granular type base material has a surface area determined in accordance with 50cm 2 / g~500cm 2 / g DIN -ISO 9277 in the range of.
以下の追加の特徴及び/又は追加の工程の少なくとも一つを有する、請求項1又は2に記載の方法:
(a)ケイ素−有機化合物の極性親水性末端が、ヒドロキシル(−OH)、ヒドロキシレート(−O−)、アミノ(−NH)、アンモニウム(−NH )、カルボキシル(−COOH)、又はカルボキシレート基を含む、
(b)ケイ素−有機化合物の非極性疎水性末端が、少なくとも一つのアルキル基、好ましくはメチル、エチル及びプロピルからなる群からのものを含む、
(c)極性親水性末端及び非極性疎水性末端が、同じSi原子に結合される、
(d)使用されたケイ素−有機化合物が、アルキルシラノレート、特にアルカリ金属メチルシラノレートを含む、
(e)ケイ素−有機化合物の非極性疎水性末端が、Si原子に結合され、ケイ素−有機化合物の極性親水性末端が、C原子に結合される、
(f)Si原子及びC原子が、n個の原子を有する鎖を介して接続され、nが、1〜150の整数であり、n個の原子が、C原子、O原子、及びSi原子からなる群から選択される、
(g)使用されたケイ素−有機化合物が、以下の構造式(I)を有する化合物を含む、
Figure 2021510635
式中、nは、1〜100の整数であり、mは、1〜10の整数であり、Rは、H原子である、
(h)使用されたケイ素−有機化合物が、3−(ポリオキシエチレン)プロピルヘプタメチルトリシロキサンを含む。
The method of claim 1 or 2, which has at least one of the following additional features and / or additional steps:
(A) The polar hydrophilic end of the silicon-organic compound is hydroxyl (-OH), hydroxylate (-O-), amino (-NH 2 ), ammonium (-NH 4 + ), carboxyl (-COOH), or Contains carboxylate groups,
(B) Non-polar hydrophobic ends of silicon-organic compounds include those from the group consisting of at least one alkyl group, preferably methyl, ethyl and propyl.
(C) Polar hydrophilic and non-polar hydrophobic ends are attached to the same Si atom.
(D) The silicon-organic compound used comprises an alkyl silanolate, particularly an alkali metal methyl silanolate.
(E) The non-polar hydrophobic end of the silicon-organic compound is bonded to the Si atom, and the polar hydrophilic end of the silicon-organic compound is bonded to the C atom.
(F) Si atoms and C atoms are connected via a chain having n atoms, n is an integer of 1 to 150, and n atoms are derived from C atom, O atom, and Si atom. Selected from the group of
(G) The silicon-organic compound used comprises a compound having the following structural formula (I).
Figure 2021510635
In the formula, n is an integer of 1 to 100, m is an integer of 1 to 10, and R is an H atom.
(H) The silicon-organic compound used comprises 3- (polyoxyethylene) propylheptamethyltrisiloxane.
以下の追加の工程を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法:
(a)予備処理のため、ケイ素−有機化合物が、予備処理された型ベース材料中に(予備処理された型ベース材料の乾燥重量に基づいて)少なくとも0.01重量%でかつ多くとも0.2重量%の重量割合で存在するような量で、ケイ素−有機化合物が予備処理中に粒状の型ベース材料に添加される工程。
The method of any of claims 1-3, comprising the following additional steps:
(A) For pretreatment, the silicon-organic compound is at least 0.01% by weight and at most 0% in the pretreated mold base material (based on the dry weight of the pretreated mold base material). The step of adding the silicon-organosilicon to the granular mold base material during pretreatment in an amount such that it is present in a weight ratio of 2% by weight.
以下の追加の特徴及び/又は追加の工程の少なくとも一つを有する、請求項1〜4のいずれかに記載の方法:
(a)結合剤が、少なくとも一種の水溶性結合剤成分を含む、
(b)水溶性結合剤成分が、水ガラス、硫酸マグネシウム、ホスフェート、及びボレートからなる群からの少なくとも一種の材料を含む、
(c)結合剤が、少なくとも一種の水不溶性結合剤成分を含む、
(d)水不溶性結合剤成分が、粒状の二酸化ケイ素及び炭酸カルシウムからなる群からの少なくとも一種の材料を含む、
(e)結合剤が、水又は水溶液、特にアルカリ水溶液を含む、
(f)結合剤が、その処理特性に影響を与える添加剤を含む。
The method according to any one of claims 1 to 4, having at least one of the following additional features and / or additional steps:
(A) The binder comprises at least one water-soluble binder component.
(B) The water-soluble binder component comprises at least one material from the group consisting of water glass, magnesium sulfate, phosphate, and borate.
(C) The binder comprises at least one water-insoluble binder component.
(D) The water-insoluble binder component comprises at least one material from the group consisting of granular silicon dioxide and calcium carbonate.
(E) The binder comprises water or an aqueous solution, particularly an alkaline aqueous solution.
(F) The binder comprises an additive that affects its processing properties.
以下の追加の特徴及び/又は追加の工程の少なくとも一つを有する、請求項1〜5のいずれかに記載の方法:
(a)少なくとも一つの結合剤成分が、型ベース材料の層中の固定結合剤成分として存在する、
(b)固定結合剤成分が、水不溶性結合剤成分、又は複数の水不溶性結合剤成分のうちの一つである、
(c)固定結合剤成分が、水溶性結合剤成分又は複数の水溶性結合剤成分のうちの一つである、
(d)型ベース材料が、固定結合剤成分で予備処理されている、
(e)層に液体形態で付与される少なくとも一つの結合剤成分が、水、水酸化物水溶液、水ガラス溶液、硫酸マグネシウムの水溶液、ホスフェートの水溶液、及びボレートの水溶液からなる群からの少なくとも一種の材料である。
The method of any of claims 1-5, which has at least one of the following additional features and / or additional steps:
(A) At least one binder component is present as a fixed binder component in the layer of the mold base material.
(B) The fixed binder component is one of a water-insoluble binder component or a plurality of water-insoluble binder components.
(C) The fixed binder component is one of a water-soluble binder component or a plurality of water-soluble binder components.
(D) The mold base material has been pretreated with a fixed binder component.
At least one of the group consisting of water, an aqueous oxide solution, a water glass solution, an aqueous solution of magnesium sulfate, an aqueous solution of phosphate, and an aqueous solution of borate, at least one binder component imparted to the layer (e) in a liquid form. Material.
以下の追加の特徴及び/又は追加の工程の少なくとも一つを有する、請求項1〜6のいずれかに記載の方法:
(a)層への結合剤の付与又は結合剤の少なくとも一つの成分の付与の後、結合剤が硬化される、
(b)硬化が、マイクロ波放射線によって起こる、
(c)硬化が、化学的に起こる、
(d)硬化が、熱的に起こる。
The method of any of claims 1-6, which has at least one of the following additional features and / or additional steps:
(A) After the addition of the binder to the layer or the addition of at least one component of the binder, the binder is cured.
(B) Curing is caused by microwave radiation,
(C) Curing occurs chemically,
(D) Curing occurs thermally.
以下の追加の特徴及び/又は追加の工程を有する、請求項6又は7に記載の方法:
(a)型ベース材料が、アルキルシラノレート、特にカリウムメチルシリコネートで処理された砂である、
(b)任意選択的に(鋳型用途のために)、二酸化ケイ素が、型ベース材料の層中に固定結合剤成分として存在する、
(c)水ガラス溶液が、層への液体結合剤成分として付与される、
(d)硬化が、マイクロ波放射線によって起こる。
The method of claim 6 or 7, which has the following additional features and / or additional steps:
(A) The type base material is sand treated with alkyl silanolate, especially potassium methyl silicate.
(B) Optionally, silicon dioxide (for mold use) is present as a fixed binder component in the layer of the mold base material.
(C) The water glass solution is imparted as a liquid binder component to the layer.
(D) Curing is caused by microwave radiation.
以下の追加の特徴及び/又は追加の工程を有する、請求項6又は7に記載の方法:
(a)型ベース材料が、構造式(I)によるケイ素−有機化合物で処理された砂である、
(b)任意選択的に、二酸化ケイ素が、型ベース材料の層中の固定結合剤成分として存在する、
(c)エステル硬化剤が、型ベース材料の層中の固定結合剤成分としての硬化剤として存在する、
(d)水ガラス溶液が、層への液体結合剤成分として付与される。
The method of claim 6 or 7, which has the following additional features and / or additional steps:
(A) The type base material is sand treated with a silicon-organic compound according to structural formula (I).
(B) Optionally, silicon dioxide is present as a fixed binder component in the layer of the mold base material.
(C) The ester curing agent is present as a curing agent as a fixed binder component in the layer of the mold base material.
(D) A water glass solution is applied as a liquid binder component to the layer.
以下の追加の特徴及び/又は追加の工程を有する、請求項6又は7に記載の方法:
(a)型ベース材料が、構造式(I)によるケイ素−有機化合物で処理された砂である、
(b)任意選択的に、二酸化ケイ素が、型ベース材料の層中の固定結合剤成分として存在する、
(c)水ガラスが、層中の結合剤の固定成分として存在する、
(d)エステル硬化剤が、層への液体結合剤成分として付与される。
The method of claim 6 or 7, which has the following additional features and / or additional steps:
(A) The type base material is sand treated with a silicon-organic compound according to structural formula (I).
(B) Optionally, silicon dioxide is present as a fixed binder component in the layer of the mold base material.
(C) Water glass is present as a fixing component of the binder in the layer.
(D) An ester curing agent is added as a liquid binder component to the layer.
繊維複合体又は金属もしくはプラスチックの鋳造部品を製造するために好適な型及び芯であって、
(a)型及び芯が、0.01〜0.2重量%の範囲のケイ素−有機化合物の割合を持ち、
型及び芯が、任意選択的に以下の追加の特徴の少なくとも一つを有する:
(b)型及び芯が、請求項1〜10のいずれかに記載の方法によって製造される、及び/又は
(c)型及び芯が、特に0.3〜2.5重量%の範囲の割合で、硫酸マグネシウム、ホスフェート、及びボレートからなる群からの少なくとも一つの材料を含む、及び/又は
(d)型及び芯が、特に0.1〜1.0重量%の範囲の割合で、粒状の二酸化ケイ素を含む。
A mold and core suitable for producing fiber complexes or cast metal or plastic parts.
(A) The mold and core have a ratio of silicon-organic compounds in the range of 0.01 to 0.2% by weight.
The mold and core optionally have at least one of the following additional features:
The mold and core are manufactured by the method according to any one of claims 1 to 10, and / or the proportion of the mold and core in the range of 0.3 to 2.5% by weight in particular. Containing at least one material from the group consisting of magnesium sulphate, phosphate, and borate, and / or type (d) and core are granular, especially in proportions ranging from 0.1 to 1.0% by weight. Contains silicon dioxide.
請求項1〜10のいずれかに記載の方法に使用するための粒状の型ベース材料であって、その表面上に、極性親水性末端及び非極性疎水性末端を有する少なくとも一種のケイ素−有機化合物を持つ、型ベース材料。 At least one silicon-organic compound having a polar hydrophilic end and a non-polar hydrophobic end on the surface of a granular mold-based material for use in the method according to any one of claims 1-10. With, mold-based material. 特に請求項1〜10のいずれかに記載の方法に使用するための、3D印刷によって粒状の型ベース材料及び複数成分の結合剤から繊維複合体又は金属もしくはプラスチックの鋳造部品を製造するために好適な型及び芯を製造するためのセットであって、前記セットが、以下のものを含む、セット:
(a)極性親水性末端及び非極性疎水性末端を有する少なくとも一種のケイ素−有機化合物、
(b)水ガラス、硫酸マグネシウム、ホスフェート、及びボレートからなる群からの少なくとも一種の材料、及び任意選択的に、
(c)粒状の型ベース材料、
(d)二酸化ケイ素及び炭酸カルシウムからなる群からの少なくとも一種の材料、及び/又は
(e)水酸化物水溶液。
Particularly suitable for producing fiber composites or metal or plastic cast parts from granular mold base materials and multi-component binders by 3D printing for use in the method according to any one of claims 1-10. A set for manufacturing plastic molds and cores, wherein the set includes the following:
(A) At least one silicon-organic compound having polar hydrophilic end and non-polar hydrophobic end,
(B) At least one material from the group consisting of water glass, magnesium sulphate, phosphate, and borate, and optionally.
(C) Granular mold base material,
(D) At least one material from the group consisting of silicon dioxide and calcium carbonate, and / or (e) aqueous hydroxide solution.
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